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행동분석학

環境エンリッチメントの有効性を評価する手段として秘密箱の使用

Published: December 29, 2014
doi:
10.3791/52225
, , ,
1Discipline of Physiology,University of Sydney, 2Bosch Animal Behavioural Facility,University of Sydney

Summary

Environmental enrichment provides a potential protective effect against neurodegenerative disorders. Currently, however, there is no easy way of determining the efficacy of enrichment procedures. This protocol describes a simple “Puzzle Box” method for assessing an animal’s cognitive function, in order to reveal the effectiveness of environmental enrichment.

Abstract

Environmental enrichment can dramatically influence the development and function of neural circuits. Further, enrichment has been shown to successfully delay the onset of symptoms in models of Huntington’s disease 1-4, suggesting environmental factors can evoke a neuroprotective effect against the progressive, cellular level damage observed in neurodegenerative disorders. The ways in which an animal can be environmentally enriched, however, can vary considerably. Further, there is no straightforward manner in which the effects of environmental enrichment can be assessed: most methods require either fairly complicated behavioral paradigms and/or postmortem anatomical/physiological analyses. This protocol describes the use of a simple and inexpensive behavioral assay, the Puzzle Box 5-7 as a robust means of determining the efficacy of increased social, sensory and motor stimulation on mice compared to cohorts raised in standard laboratory conditions. This simple problem solving task takes advantage of a rodent’s innate desire to avoid open enclosures by seeking shelter. Cognitive ability is assessed by adding increasingly complex impediments to the shelter’s entrance. The time a given subject takes to successfully remove the obstructions and enter the shelter serves as the primary metric for task performance. This method could provide a reliable means of rapidly assessing the efficacy of different enrichment protocols on cognitive function, thus paving the way for systematically determining the role specific environmental factors play in delaying the onset of neurodevelopmental and neurodegenerative disease.

Introduction

環境エンリッチメント（EE）は、一貫してもたらす、動物の行動に影響を与えることが示されている社会的相互作用、運動活性、通常は標準的な実験室environment.EE経験よりも感覚刺激のために増加した機会を有する動物を提供する周囲と定義することができるそのようなストレスや不安関連の活動8-10の削減、学習や記憶のタスク8,11のパフォーマンスを改善、運動協調と探索活動11の早期発症、母親の介護の変化8だけでなく、中毒性物質に対する耐性などの変更12- 15。さらに、EEは、発症遅延およびハンチントン1-4,16、パーキンソン17およびアルツハイマー病の18の動物モデルにおける症状の重症度を減少させる、神経変性疾患の影響を改善することが明らかにされている。

これらの変更は、COREEは脳全体に誘導することが知られている解剖学的および分子変化と関連しています。開発の初期段階から濃縮環境で育った動物は、樹状が9,2-22とシナプス密度23分岐 、増加した脳重量と皮質の厚さを含む神経の変化、無数のを示しています。 EEは、感覚25,26,28,29の加速発展に寄与することが示されている成長因子の発現9,24-30、ニーモニック30、並びにモータ回路31,32のレベルおよびタイミングの両方を変更することができる。

考慮に個々の研究9,24,27,30内で使用した動物と環境の様々なタイプにすることなく、EEの影響を調査する際に以前の研究は、回相反する調査結果で明らかになった。現在、異なる株やスペックでのさまざまなEEパラダイムの有効性を測定するために使用することができず、一貫性のあるシンプルな行動のタスクがありません動物のIES。

秘密箱タスクは能力7を解決する動物のネイティブ問題を決定するために、簡単なテストとして設計されました。オープンエリアに配置された動物は、覆われた領域/避難所にアクセスするためには、小さな開口部内に位置する材料を妨害除去するために必要とされている。各被験者は、3つの異なる認知属性を評価するために、同一の障害物との3回の試験を与えられている。最初の試験は、固有またはネイティブ問題解決能力のベースライン表示が得られます。同じ日に実行二審は、改良、したがって、特定の障害物を除去するための戦略を強化する動物の能力のいくつかの指標を与える。次の日に実施第三の試験では、タスクを学んだソリューションを保持し、リコールする被験者の能力への洞察を提供しています。

動物によるこれらの「障害物パズルを "解決するための動機は、潜在的に、変化させることができるオープンフィールドを回避し、避難所を追求する生来の欲求だけでなく、その周辺6,7を探索するための固有のドライブを想起させる。パズルボックスを解決するための欲求の基礎となる可能性のある行動ドライバの多数は、脳の様々な領域は、タスクのパフォーマンスを媒介に関与していることを示唆している。以前の研究は、統合失調症のマウスモデルにおいて、前頭前皮質など海馬このタスク5の買収に関与していることが示されている。ラットにおける病変の研究はまた、様々な視床核、視床、小脳、及び辺縁系構造を含むパズルボックス性能に関与する脳の多数の領域を明らかにした。まとめると、これらの知見は、この問題解決タスクに従事する認知機能に関連した神経構造のホストを含​​むことを示している。

パズルボックスmで展示されたマウスの問題解決能力、ならびに認知障害を評価するために首尾よく使用されている統合失調症5-7の尿モデル。タスクでのパフォーマンスは非常に一貫している、と他の認知行動試験6の結果とよく相関することが示されている。この研究の目的は、EEの有効性を決定する簡単かつ信頼性のある手段となることパズルボックスタスクを適合させることであった。

Protocol

倫理声明：すべての手順は、シドニー大学の動物倫理委員会によって承認され、国民健康とオーストラリアのガイドラインの医学研究審議会に適合した。手順はシドニーボッシュげっ歯類施設の大学で飼育したC57 / BL6Jマウスで行った。すべてのマウスは乾燥食品や水への随意アクセスを個別換気ケージで0600時間で上のライトが付いている12時間の明暗サイクルで21℃の周囲温度でシン?…

Representative Results

ここに記載された結果は、異なるリットルからなるいくつかのコホートから得たデータと、代表的なサンプルである。すべての行動試験は、コホート内の動物の無作為化試験の順で、0700と1100時間との間で行われました。豊かな環境で育った動物（N = 14、7女性と7男性）かなり標準的な環境内で発生比べパズルボックス内の閉塞タスクを解決するためのより少ない時間がかかりました（N = 15、…

Discussion

提示されたデータは、パズルボックスEEの影響を評価するために有効に利用することができることを実証している。濃縮された環境で飼育し​​たマウスは、一貫して標準的な実験条件内で飼育される動物をやったよりも、この行動のアッセイ内の障害物パズルを解決するために大幅に少ない時間がかかりました。また、この差はタスクによって提示された問題の解決策を強化するか、保持?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors have no acknowledgements.

Materials

Black Acrylic Board 750 x 280 mm
White Acrylic Board 280 x 250 mm
White Acrylic Board 280 x 250 mm
White Acrylic Board 750 x 250 mm
White Acrylic Board 750 x 250 mm
White Acrylic Board 150 x 280 mm
White Acrylic Board 280 x 250 mm with a 40 x 40 mm "door" cut into one side
Underpass 3 pieces of 40 x 120 mm plexiglass or acrylic
Note: If unable to access acrylic board, plexiglass or similar non-porous material will suffice.
Webcam Logitech C210 Fix to roof with electrical tape. Alternatively, use a tripod.
VirtualDub v1.10.4 VirtualDub N/A  Software for recording behaviour videos. Input from webcam.
TopScan v 3.0 CleverSys Inc. N/A  Software for automated top-view tracking and analysis of mouse behaviour. Captured videos are analysed post-hoc.
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